基于CFD的现代化温室环境控制系统数字化模拟研究

温室环境控制的精度不仅影响温室农产品的品质，而且关系到温室的能量消耗。本研究试图以温室小气候形成的物理学原理为基础，利用CFD流场分析方法和模拟技术，对现代化温室夏季通风降温、喷雾降温以及加温条件下的温室整体温度场、空气流场进行模拟研究，同时参照设施作物的生长需求，综合考虑空间和时间内的环境参数差异，合理布置传感器及控制机构，不仅让局部空间的设施作物在最优环境下生长，而且为改善我国大型现代化温室产品品质不均、能耗高、控制精度低提供理论和技术支撑。

温室是设施农业的主体，是我国十二五期间发展的重要内容。作为多学科交叉应用的一种工程技术，应积极吸收科学技术发展带来的最新成果，增强和丰富自身功能，提高现代化水平以服务于国家农业发展战略。.本国家基金“基于CFD现代化温室环境控制系统数字化模拟研究”，在分析目前国内外温室环境系统现状基础上，结合控制理论与控制工程的现有成果，提出将CFD技术与温室控制系统设计结合起来以提高生产效率，详细研究了基于CFD模型的温室环境系统分析与控制问题，具体包含以下内容：.（1）温室CFD模型的建立。以具体实验温室为物理结构，建立起该对象的CFD模型，包括基本方程、湍流方程、辐射方程等，为环境系统分析和控制奠定基础。.（2）温室CFD模型的分析。在CFD模型基础上，从控制系统设计角度研究了该模型下系统的开环特征，包括边界条件内风速的合理设定、网格划分中的尺寸大小和温室CFD模型的输出特性。这些输入输出参数的获得，有助于在后续控制系统设计时的原理分析、方案制定和技术实现。.（3）基于CFD模型的温室控制系统设计。在温室CFD模型及其开环分析基础上，首先，进行了该体系的先进性探讨，分析对比了CFD模型与现有模型的不同之处，给出了将此模型用于控制系统设计的优势；其次，以温度为具体控制对象，分别采用DOE试验设计和GA算法，进行了单指标和多指标控制系统设计，并进行了实验研究；最后，探讨了基于温室CFD模型的控制系统普适性，便于此种设计方法在不同地域、不同控制模式、不同环境因子等情形下的移植。